KR101104338B1 - 태양전지 성능 평가 장치 및 이를 이용한 태양전지 성능 평가 방법 - Google Patents

태양전지 성능 평가 장치 및 이를 이용한 태양전지 성능 평가 방법 Download PDF

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오창석
조일희
신형욱
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디아이티 주식회사
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    • Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy

Abstract

본 발명의 목적은 대면적의 박막형 태양전지 모듈의 정확한 성능 평가를 용이하게 할 수 있고, 태양전지 패널 제조 공정상의 오류가 있는 경우의 오류가 있는 위치를 용이하게 찾을 수 있는 태양전지 성능 평가 장치 및 태양전지 성능 평가 방법을 제공하는 것이다. 이를 위하여 본 발명에서는, 박막형 태양전지 패널을 장치 내로 진입시키는 것으로, 박막형 태양전지 패널을 이송하는 패널 구동부; 상기 박막형 태양전지 패널에 빛을 조사하는 것으로, LED 소자를 각각 복수 개 구비하는 광원 유닛; 상기 광원 유닛에서 상기 박막형 태양전지 패널에 조사하는 빛을 상기 박막형 태양전지 패널 상의 원하는 영역으로 제한하는 광원 제한 플레이트; 상기 광원 유닛의 상기 박막형 태양전지 패널에 대한 평행 이송을 가능하게 하는 이송 유닛; 상기 박막형 태양전지 패널의 버스 라인에 접촉하는 복수 개의 프루브를 구비하고, 상기 프루브들의 상기 박막형 태양전지 패널에 대향하는 방향으로 이동을 조절하여 상기 프루브들과 상기 버스 라인의 접촉 상태 또는 비접촉 상태에 놓이도록 하는 구동기를 구비하는 프루브 유닛; 및 상기 박막형 태양전지 패널에서 상기 광원 유닛의 빛을 받아 발생되는 전기 에너지를 측정하는 측정 유닛을 포함하는 태양전지 성능 평가 장치를 제공함으로써 달성된다.

Description

태양전지 성능 평가 장치 및 이를 이용한 태양전지 성능 평가 방법{Apparatus of evaluating solar cell and method of evaluating solar cell using the same}
본 발명은 태양전지 성능 평가 장치 및 이를 이용한 태양전지 성능 평가 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 대면적의 유리 기판 위에 다층으로 적층되어 형성되는 박막형 태양전지의 성능 평가를 효과적으로 수행할 수 있는 태양전지 성능 평가 장치 및 이를 이용한 태양전지 성능 평가 방법에 관한 것이다.
태양전지(solar cell, photovoltaic cell)는 빛 에너지를 전기 에너지로 변환하는 기능을 하는 것으로 차세대 친환경 에너지원으로 각광받고 있고, 태양전지 관련 기술에 대한 연구 개발 투자가 매우 활발한 실정이다.
차세대 태양전지는 광 흡수를 극대화하기 위해 광 흡수 대역을 넓혀 광 흡수율을 높이는 구조를 가진다. 따라서 단층 구조인 1세대로부터 다(적)층 구조로 진화하고 있다. 이러한 태양전지의 설계 및 제조 과정에서 만들어진 태양전지의 성능을 평가하는 것은 태양전지의 성능 향상과 대량 생산을 위해 반드시 필요하다. 태양전지의 성능을 적절히 평가하기 위해서는 태양 광선을 받는 환경과 유사한 환경을 만들어 주고 이 상태에서의 태양전지의 출력을 점검하는 방식을 사용하는 것이 가장 바람직하다.
종래의 태양전지 성능 평가 장치에서는 태양광과 유사한 스펙트럼 합치도, 방사조도의 불균일성, 일시적 불안정성을 확보하기 위해 제논 또는 메탈할라이드 등의 벌브형 램프를 사용하여 태양전지 전 영역을 동시에 조사하면서 태양 전지의 성능을 평가하였다. 벌브형 램프를 사용하는 광원의 특징은 단일 광원의 가격이 비싸고 스펙트럼을 제어할 수 없으며 태양전지 성능 평가 장치의 광원으로 사용되기 위해서 에어메스 필터, 기계적 셔터, 확산 판 등이 필요 하다. 또한 태양전지 전 영역을 동시에 조사하여 측정하기 때문에 태양전지 성능 평가 장치를 단일 광원으로 구현하기 힘들고, 에어메스 필터, 셔터 등을 사용하여 전체적인 장치의 크기가 커질 수밖에 없고 전체적인 시스템 제작비용이 크게 증가된다. 만약 두개 이상의 광원을 사용하게 되면 두 개의 광원 사이의 편차 등으로 방사조도 불균일성 확보가 쉽지 않으며 시간에 따라 광원마다 감쇄 정도가 다르므로 지속적인 확인 및 조정이 필요하게 된다. 또한 광원을 조사 하여 태양전지의 IV 커브를 확보하기 위한 측정 장비 또한 그 용량이 매우 커져서 시스템 단가를 상승하게 하는 요인이 된다.
본 발명은 상기한 문제점을 포함한 여러 가지 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 대면적의 박막형 태양전지 모듈의 정확한 성능 평가를 용이하게 할 수 있는 태양전지 성능 평가 장치를 제공하는 것이다.
또한, 본 발명의 목적은 이 태양전지 성능 평가 장치를 이용하여 대면적의 박막형 태양전지 패널에 대해 정확한 성능 평가를 수행하는 방법을 제공하는 것이다.
또한, 본 발명의 목적은 태양전지의 부분적인 이상 여부를 감지할 수 있는 태양전지 성능 평가 장치 및 태양전지 성능 평가 방법을 제공하는 것이다.
상기와 같은 본 발명의 목적은, 평면 형상이 직사각형 형상이고, 일방향으로 평행하게 형성된 복수의 단위 셀이 형성되어 있고, 각각의 단위 셀들은 서로 직렬로 연결되어 있으며, 최외곽에 위치하는 단위 셀에 전기적으로 연결되도록 직사각형의 평면 형상의 외곽 단부에 각각 형성된 두 개의 버스 라인을 구비하는 대면적의 박막형 태양전지 패널(100)의 성능 평가를 수행하는 태양전지 성능 평가 장치로써,
박막형 태양전지 패널(100)을 장치 내로 진입시키는 것으로, 박막형 태양전지 패널(100)의 진행방향 양 단부를 하측에서 지지하는 구동 롤러(410)와, 태양전지 패널(100)의 양단부에 측면에서 접촉하는 측면 롤러(420)를 구비하는 패널 구동부(400);
상기 박막형 태양전지 패널(100)에 빛을 조사하는 것으로, 장치내로 진입된 박막형 태양전지 패널(100)에 대향하는 위치에 배치되고, 상기 박막형 태양전지 패널(100)에 평행하게 이송 가능하며, 파장 400nm 내지 700nm의 빛을 발생시키는 백색 LED 소자와, 파장 700nm 내지 800nm 영역의 빛을 발생시키는 제1적외선 LED 소자와, 파장 800nm 내지 900nm 영역의 빛을 발생시키는 제2적외선 LED 소자와, 파장 900nm 내지 1100nm 영역의 빛을 발생시키는 제3적외선 LED 소자를 각각 복수 개 구비하고, 상기 태양전지 패널에서 각각의 단위 셀들이 연장된 길이 방향에 직교하는 방향의 태양전지 패널의 폭에 대응하는 폭을 가지는 광원 유닛(350);
상기 광원 유닛(350)에서 상기 박막형 태양전지 패널(100)에 조사하는 빛을 상기 박막형 태양전지 패널(100) 상의 원하는 영역으로 제한하는 광원 제한 플레이트(320);
상기 광원 유닛(350)의 상기 박막형 태양전지 패널(100)의 단위 셀의 길이 방향과 평행한 방향으로의 평행 이송을 가능하게 하는 이송 유닛(300);
상기 박막형 태양전지 패널(100)이 장치 내에 진입된 상태에서 상기 박막형 태양전지 패널(100)의 버스 라인(110)에 접촉하는 복수 개의 프루브(451)를 구비하고, 상기 프루브(451)들의 상기 박막형 태양전지 패널(100)에 대향하는 방향으로 이동을 조절하여 상기 프루브(451)들과 상기 버스 라인(110)의 접촉 상태 또는 비접촉 상태에 놓이도록 하는 구동기(455)를 구비하는 프루브 유닛(450); 및
상기 박막형 태양전지 패널(100)에서 상기 광원 유닛(350)의 빛을 받아 발생되는 전기 에너지의 전류와 전압을 측정하는 측정 유닛을 포함하고,
상기 태양전지 패널을 그 단위 셀의 길이 방향을 따라 복수 개의 동일한 크기의 영역으로 분할하고, 상기 광원 유닛을 이송하여 각각의 분할 된 영역별로 전류와 전압을 측정하도록 하는 태양전지 성능 평가 장치를 제공함으로써 달성된다.
여기서, 상기 네 가지의 LED 소자가 발생시키는 전체 광량 중 각각의 LED에 의한 광량의 비율은 오차범위 ±25%이내에서 다음의 광량 목표값 비율을 만족시키는 태양전지 성능 평가 장치.
[광량 목표값 비율]
상기 백색 LED는,
파장 400nm 내지 500nm의 가시광선이 전체 광량 대비 18.5%,
파장 500nm 내지 600nm의 가시광선이 전체 광량 대비 20.1% 그리고
파장 600nm 내지 700nm의 가시광선이 전체 광량 대비 18.3%,
상기 제1적외선 LED는, 파장 700nm 내지 800nm의 적외선이 전체 광량 대비 14.8%,
상기 제2적외선 LED는, 파장 800nm 내지 900nm의 적외선이 전체 광량 대비 12.2%,
상기 제3적외선 LED는, 파장 900nm 내지 1100nm의 적외선이 전체 광량 대비 16.1%
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여기서, 상기 측정 유닛은
상기 태양전지 패널(100)과 직렬로 연결되어 측정 시 직류 전류를 태양전지 패널에 인가하는 부스트 서플라이와,
상기 태양전지 패널과 연결되는 전류계, 전압계 및 가변저항을 구비하는 일렉트릭 로드를 포함하는 것이 바람직하다.
또한, 상기와 같은 본 발명의 목적은, 광원 유닛과 측정 유닛을 구비하는 태양전지 성능 평가 장치를 이용한 태양전지 성능 평가 방법으로써,
박막형 태양전지 패널(이하 패널이라고 함)을 태양전지 성능 평가 장치에 투입하고, 패널에 조사할 광량을 설정하는 단계;
상기 패널의 영역을 분할하는 단계;
상기 패널 전 영역에 대해 빛을 조사하지 않는 상태(암 상태)에서의 태양전지 패널의 IV 커브를 측정하는 단계;
분할된 영역 중 하나의 영역에 대향하도록 광원 유닛을 이동하는 이동 단계;
광원 유닛에서 분할된 영역에만 빛을 조사하면서 측정 유닛으로 분할된 영역에서 발생하는 전류와 전압을 측정하는 측정 단계;
분할된 영역들을 모두 측정하였는지 확인하여 분할된 영역 모두에 대해 측정이 이루어지도록 상기 이동 단계와 상기 측정 단계를 반복하는 단계; 및
분할된 영역 전체에 대한 측정이 완료되면, 측정된 데이터들을 취합하여 패널 전체 영역의 전류와 전압 데이터를 산출하는 데이터 처리 단계를 포함하는 태양전지 성능 평가 방법을 제공함으로써 달성된다.
여기서, 상기 태양전지 패널(100)과 연결된 부스트 서플라이로부터 Voc 이상의 전압을 상기 태양전지 패널에 인가한 상태에서, 측정 유닛에 포함된 가변 저항을 유한 개(n)의 구간으로 나누어 변화시키면서 전류와 전압을 측정하는 것임을 특징으로 하는 태양전지 성능 평가 방법.
여기서, 상기 데이터 처리 단계는, 각 영역별로 측정된 전압에 따른 전류값들을 다음의 수학식 1에 의해 변환하고,
[수학식 1]
Figure 112011024045595-pat00001

각 영역별 전압값 들을 다음의 수학식 2에 의해 변환하여
[수학식 2]
Figure 112011024045595-pat00002

전체 영역에 대한 전류값 데이터들을 얻고,
변환된 각 영역별 전압 데이터들을 평균하여 전체 영역에 대한 부스트 전압에 따른 전압값 데이터들을 얻는 것일 수 있다.
여기서, 상기 데이터 처리 단계의 결과로 얻어진 전체 영역에 대한 전류값 데이터들과 전압값 데이터들을 이용하여 IV 커브를 얻고, 이로부터 Voc, Pmax, Vpmax, Ipmax, FF를 포함한 특성 파라미터를 구하는 단계를 더 포함하는 것일 수 있다.
본 발명의 태양전지 성능 평가 장치와 방법에 따르면, 장치 용량을 간소화하여 장치 제작비용과 장치 운용비용을 줄이면서도 대면적의 박막형 태양전지 패널에 대해 정확한 성능 평가가 가능하다.
또한, LED 소자들을 조합하여 광원 유닛에 사용하여 태양광과 합치도가 높은 광원을 제작하여 사용하고, LED 소자들을 사용함에 따라 벌브형 광원에 비해 조사 균일도 확보가 용이하고, 벌브형 광원에서 필수적인 부재(확산판, 에어매스 필터, 셔터 등)들이 필요하지 않게 됨에 따라 LED를 사용하는 광원은 중량이 감소하여서 광원 유닛을 움직이면서 측정하는 것이 가능하고 광원 유닛의 이송 정밀도 확보 또한 용이하여 정확한 측정에 크게 기여할 수 있다.
또한, 대면적 태양전지 패널의 성능 평가를 위해서 이에 대응하는 대면적의 광원을 제작하여 사용하는 경우에는 장치의 제작비용과 운용비용을 크게 증가시키게 되므로 바람직하지 않고, LED 소자를 사용하여 얻을 수 있는 넓은 면적에 대한 조사 균일도 확보도 어려워지는 단점이 있는데, 본 발명에서와 같이 영역을 분할하여 측정하는 경우에는 장치의 제작비용과 운용비용을 크게 절감할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명에서와 같이 태양전지 패널의 단위 셀의 길이 방향에 교차하는 방향으로 영역을 분할하는 경우에는 분할된 영역을 측정하여 얻은 측정 결과들을 간단한 연산으로 손쉽게 보정하여 전체 영역에 대한 데이터를 얻을 수 있고, 프루브와 박막 전극과의 직접 접촉을 피할 수 있어 검사 대상 패널의 성능을 손상시킬 우려를 미연에 방지할 수 있다.
도 1은 본 발명의 태양전지 성능 평가 장치의 구성을 개략적으로 보여주는 도면.
도 2는 본 발명의 태양전지 성능 평가 장치의 광원 유닛에 사용되는 LED 소자들의 구성을 개략적으로 보여주는 도면.
도 3은 태양전지 패널과 프루브 유닛의 위치 관계를 보여주는 사시도.
도 4는 태양전지 패널과 프루브 유닛의 위치 관계를 보여주는 측면도.
도 5는 태양전지 패널에 연결된 측정 유닛을 간략히 보여주는 회로도.
도 6은 본 발명의 성능 평가 대상인 박막형 태양전지 패널의 구성을 개략적으로 보여주는 평면도.
도 7은 도 6의 IV부분의 확대 단면도로써, 박막형 태양전지 패널의 세부 구성을 보여주는 도면.
도 8은 본 발명에 따른 태양전지 성능 평가 방법을 개략적으로 보여주는 순서도.
도 9는 본 발명의 방법을 적용하여 A와 B의 두 개의 영역으로 나누어 측정한 경우와, A+B의 전체 영역을 한번에 측정한 경우에 결과적으로 그 결과가 일치하게 되는 것을 보여주는 그래프.
이하에서는, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 보다 상세히 설명한다.
도 1에는 본 발명의 태양전지 성능 평가 장치의 구성을 개략적으로 보여주는 도면이 도시되어 있다.
도 1에 도시된 것과 같이, 본 발명에 따른 태양전지 성능 평가 장치는 대면적의 박막형 태양전지의 성능 평가를 수행하는 태양전지 성능 평가 장치로써, 패널 구동부(400), 광원 유닛(350), 프루브 유닛(450), 측정 유닛, 광원 제한 플레이트(320) 및 이송 유닛(300)을 포함한다.
상기 패널 구동부(400)는 박막형 태양전지 패널(100)(이하 태양전지 패널(100)이라고 함)을 성능 평가를 위해 장치 내에 진입시키고, 성능 평가 중 지지하며, 성능 평가 후 반출하는 기능을 하는 것으로, 태양전지 패널(100)의 진행방향 양 단부를 하측에서 지지하는 구동 롤러(410)와, 태양전지 패널(100)의 양단부에 측면에서 접촉하는 측면 롤러(420)를 구비한다. 상기 구동 롤러(410)는 태양전지 패널(100)의 가장 자리 부분을 접촉 하게 되며 구동 롤러(410)가 태양전지 패널의 가용영역(Active Area)을 가리지 않도록 배치된다. 또한 태양전지 패널을 검사하기 위한 위치에 정지시키기 위해 태양전지 패널(100)의 위치를 감지할 수 있는 센서가 추가로 설치되는 것이 바람직하다.
한편, 상기 박막형 태양전지 패널(100)의 구성에 관하여는 아래에서 보다 상세히 설명하도록 한다.
상기 광원 유닛(350)은 태양전지에 태양광을 모사한 빛을 비추는 기능을 하는 것으로, 성능 평가 장치내로 진입된 태양전지 패널(100)에 대향하는 위치에 배치되고, 상기 태양전지 패널(100)에 평행하게 이송 가능하다.
도 2에는 본 발명의 태양전지 성능 평가 장치의 광원 유닛에 사용되는 LED 소자들의 배치를 보여주는 도면이 도시되어 있다.
상기 광원 유닛(350)은 상기 태양전지 패널에서 각각의 단위 셀들이 연장된 길이 방향에 직교하는 방향의 태양전지 패널의 폭에 대응하는 폭을 가진다. 상기 광원유닛은 태양전지 패널의 단위 셀의 길이 방향을 따라 이송되면서 상기 태양전지 패널의 영역을 부분적으로 비출 수 있도록 만들어지고, 이송의 편의를 위해 가볍고 부피가 작게 제작이 용이하며, 태양광의 모사에 유리한 LED 소자를 포함하여 만들어진다. 즉, 파장 400nm 내지 700nm의 빛을 발생시키는 백색 LED 소자(11a)와, 파장 700nm 내지 800nm 영역의 빛을 발생시키는 제1적외선 LED 소자(11b)와, 파장 800nm 내지 900nm 영역의 빛을 발생시키는 제2적외선 LED(11c) 소자와, 파장 900nm 내지 1100nm 영역의 빛을 발생시키는 제3적외선 LED(11d) 소자가 각각 하나씩 모여 단위 LED 모듈(15)을 구성하고, 단위 LED 모듈(15)들이 복수 개 인접하도록 배치되는 형태로 만들어진다.
상기 네 가지의 LED 소자가 발생시키는 전체 광량 중 각각의 LED에 의한 광량의 비율은 다음의 LED별 광량 목표값 비율을 만족시킨다.
[LED별 광량 목표값 비율]
상기 백색 LED는 56.9%,
상기 제1적외선 LED는 14.8%,
상기 제2적외선 LED는 12.2%,
상기 제3적외선 LED가 16.1%
특히, 상기 네 가지의 LED가 발생시키는 전체 광량 중 상기 백색 LED가 발생시키는 빛의 광량의 비율은, 각각의 파장대별로 다음의 가시광선 영역의 광량 목표값 비율을 만족시킨다.
[가시광선 영역의 광량 목표값 비율]
파장 400nm 내지 500nm가 18.5%,
파장 500nm 내지 600nm가 20.1%,
파장 600nm 내지 700nm가 18.3%
즉, 파장대별로는, 오차범위 ±25 범위내에서 다음의 광량 목표 비율을 만족시킨다.
파장 400nm 내지 500nm가 18.5%,
파장 500nm 내지 600nm가 20.1%,
파장 600nm 내지 700nm가 18.3%,
파장 700nm 내지 800nm가 14.8%,
파장 800nm 내지 900nm가 12.2%,
파장 900nm 내지 1100nm가 16.1%
이러한 기준에 부합하는 광원 유닛(350)은 실제의 태양광과 대비하여 방사조도, 파장 스펙트럼, 방사조도 불균일성, 일시적 불안정성 등에 있어 매우 유사한 특징을 가지게 된다. 상기 LED 소자들은 PCB(12) 상에 배치되어 구동 회로와 연결되고, 방열을 위해 메탈PCB를 사용하고, PCB(12)에 방열판을 부탁하여 LED 소자들에서 발생하는 열이 외부로 잘 배출 될 수 있도록 한다.
한편, 상기 광원 유닛(350)은 광량 컨트롤러를 더 구비할 수 있다. 상기 광량 컨트롤러는 LED 소자들에 인가되는 전원을 제어하는 부재로써, 태양전지 성능 평가에 적합하도록 LED 소자들이 항상 일정한 출력을 낼 수 있도록 제어한다. LED 소자의 경우 제논 램프 또는 메탈할라이드 등의 벌브형 조명에 비해 필요 전력이 낮기 때문에, LED 소자들에 인가되는 전원을 제어하는 컨트롤러는 벌브형 조명의 컨트롤러에 비해 소형화가 가능하며 사용 전력 또한 낮다.
또한, 본 발명에서는 대면적 태양전지 패널(100)을 몇 개의 영역으로 분할하여 측정하도록 광원 유닛(350)의 크기를 작게 제작하므로, 더욱 작은 면적의 조명이 필요함에 따라 컨트롤러 부피 및 용량도 크게 줄일 수 있다.
상기 광원 제한 플레이트(320)는, 상기 광원 유닛(350)의 LED 모듈에서 발생하는 빛을 원하는 영역으로 제한하는 부재이다. 상기 광원 제한 플레이트(320)는 측정하고자 하는 태양전지 면과 근접하게 제작 되어야 하며 플레이트와 태양전지 사이로 빛에 세어 들어가지 않도록 주위 해야 한다. 또한 광원 제한 플레이트(320)는 플레이트 표면의 반사로 인해 대상 태양전지 표면에 영향을 주지 않기 위해 무반사 처리 또는 대상 태양전지 외곽으로 반사광을 유도하도록 한다.
상기 이송 유닛(300)은 상기 광원 유닛(350)의 상기 태양전지 패널(100)에 대한 평행 이송을 가능하게 하는 것으로, 태양전지 패널(100)의 형상에 대응하여 1자유도 또는 2자유도 평면 이송을 가능하게 하는 부재라면 어떤 부재라도 사용될 수 있다. 도면에서는 모터(370)와 볼스크류(390)를 이용하는 경우로 도시되어 있다.
태양전지 패널의 전기적 특성을 평가하기 위해서는 태양전지 패널과 측정 유닛 간에 전기적 연결이 필요한데, 상기 프루브 유닛(450)은 이러한 전기적 연결을 위한 태양전지 성능 평가 장치 측의 구성요소이다.
도 3에는 태양전지 패널과 프루브 유닛의 위치 관계를 보여주는 사시도가 도시되어 있고, 도 4에는 태양전지 패널과 프루브 유닛의 위치 관계를 보여주는 측면도가 도시되어 있다.
도 3 및 도 4에 도시된 것과 같이, 상기 프루브 유닛(450)은 상기 태양전지 패널(100)이 장치 내에 진입된 상태에서 상기 태양전지 패널(100)의 버스 라인(110)에 접촉하는 복수 개의 프루브(451)를 구비하고, 상기 프루브(451)들의 상기 태양전지 패널(100)에 대향하는 방향으로 이동을 조절하여 상기 프루브(451)들과 상기 버스 라인(110)의 접촉 상태 또는 비접촉 상태에 놓이도록 하는 구동기(455)를 구비한다.
아래에서 보다 상세히 살펴보겠지만, 태양전지 패널(100)의 단위 셀들은 태양전지 패널(100)의 양끝단에 연결된 통전성 금속물질(버스 라인(110))에 전기적으로 연결되어 단위 셀들 간에 병렬연결이 이루어지므로 이 버스 라인(110)을 태양전지 검사 시 태양전지 성능 평가 장치와의 전기적 연결점으로 사용 할 수 있다. 만일 태양전지 뒷면에 보호 시트가 부착되어 버스 라인(110)이 외부로 돌출되지 않은 상태의 태양전지 패널(100)이라면, 정션 박스 또는 인출된 케이블을 통해 측정 유닛과 전기적으로 연결 할 수 있다.
상기 프루브 유닛(451)은 복수의 프루브, 브래킷(452) 그리고 구동기(455)를 포함하는데, 프루브는 금속 재질의 하우징과 핀으로 구성되며 핀이 태양전지 패널(100)의 버스 라인(110)과 접촉 시 하우징 내의 스프링이 작용하여 핀이 항상 적절한 힘으로 태양전지와 접촉할 수 있도록 한다. 상기 브래킷(452)은 프루브의 하우징을 지지하는 구조물이고, 상기 구동기(455)는 프루브를 상하로 이동시켜 태양전지 패널(100)의 버스 라인(110)과 접촉 위치 또는 비접촉 위치로의 동작을 구현하며 1차원 운동을 구현하는 기구라면 어떤 기구라도 사용될 수 있으며, 에어 실린더로 구현할 수도 있다.
상기 측정 유닛은 상기 태양전지 패널(100)에서 상기 광원 유닛(350)의 빛을 받아 발생되는 전기 에너지의 전류와 전압을 측정하는 부재이다. 태양전지의 출력 특성은 IV 커브를 통해 얻을 수 있는데, 전압과 전류를 측정하여 IV 커브를 작성하면 Voc(open current voltage), Isc(short circuit current), Pmax(최대 전력), Vpmax(최대 전력에서의 전압), Ipmax(최대 전력에서의 전류), FF(fill factor, 곡선인자) 등의 파라미터를 파악할 수 있다.
도 5에는 태양전지 패널(100)에 연결된 측정 유닛을 간략히 보여주는 회로도가 도시되어 있다.
도 5에 도시된 것과 같이, 태양전지 패널(100)은 좌측의 점선으로 둘러싸인 회로부와 같이 간략히 모델링될 수 있다. 도 5에서 Rs는 패널의 직렬 저항을 의미 한다. Rsh는 태양전지 분로저항(shunt resistance), D는 n형 반도체층(150)과 p형 반도체층(140)이 접합되어 이루는 p-n 접합 다이오드, Isc는 측정 유닛(700) 양단의 전위차가 0V 일 때 즉 부하가 없는 경우의 전류를 의미한다. 상기 측정 유닛(700)은 일렉트릭 로드(710)와 부스트 서플라이(720)를 포함한다. 상기 일렉트릭 로드(710)에는 가변저항(Rv)과 전류계(A), 전압계(V)가 포함되고, 상기 부스트 서플라이(720)는 직류 전원을 포함한다. 측정 유닛의 측정 중에는, 측정 대상 패널의 Voc 이상으로 고정된 전압으로 상기 직류 전원에서 태양전지 패널(100)에 전류를 공급하고, 일렉트릭 로드의 가변 저항을 변화시키면서 전압과 전류를 기록한다.
본 발명에서와 같이 대면적의 태양전지 패널(100)을 분할하여 각 영역별로 성능을 측정하게 되면, 전체 면적을 한번에 조사하여 측정하는 방식과 비교하여 측정 유닛의 용량이 분할된 영역의 개수에 비례하여 적어도 된다. 만일 전체영역 동시 측정 시 100V 5A인 태양전지 패널(100)을 한번에 측정하려면 100V 5A를 측정할 수 있는 측정 유닛이 필요하지만, 본 발명에서와 같은 방식으로 영역을 분할하면서 5개 영역으로 분할하여 측정한다면 100V 1A가 측정 가능한 측정 유닛만 있으면 된다.
이하에서는 본 발명의 장치 및 방법에 따른 성능 평가 대상인 박막형 태양전지 패널(100)의 구성을 보다 상세히 설명한다.
도 6에는 본 발명의 성능 평가 대상인 박막형 태양전지 패널(100)의 구성을 개략적으로 보여주는 평면도가 도시되어 있고, 도 7에는 도 6의 VII부분의 확대 단면도로써, 박막형 태양전지 패널(100)의 세부 구성을 보여주는 도면이 도시되어 있다.
박막형 태양전지 패널(100)은 대면적 유리나 금속판에 투명 전극, 실리콘 박막 및 전극을 차례로 증착한 후, 레이저 패터닝을 하여 제작될 수 있다.
도 7에 도시된 것과 같이 박막형 태양전지 패널(100)은 유리 기판(120), 전면 투명 전극층(130), p형 반도체층(140), n형 반도체층(150) 및 후면 전극층(160)을 구비한다.
상기 유리 기판(120)은 박막형 태양전지 패널(100)의 전면에 대응하는 크기로 직사각형의 평면 형상을 가지는 부재이다.
상기 전면 투명 전극층(130)은 상기 유리 기판(120)상에서 단위 셀의 길이 방향으로 평행하게 복수 개가 형성된다.
상기 p형 반도체층(140)은 상기 전면 투명 전극층(130) 위에 형성되고, 상기 n형 반도체층(150)은 상기 p형 반도체층(140) 상측에 형성되며, 상기 후면 전극층(160)은 상기 n형 반도체층(150)의 위에 형성된다. 상기 p형 반도체층(140)과 상기 n형 반도체층(150)은 서로 직접 접하여 p-n 접합을 형성할 수도 있고(도 7의 경우), 또는 그 사이에 도핑 되지 않은 반도체층을 포함할 수도 있다.
이러한 구성을 가지는 박막형 태양전지 패널(100)에서, 전면 투명 전극층(130)을 통해 빛이 입사되면 p형 반도체층(140) 및 n형 반도체층(150) 내부에서 전자와 정공이 생성되는 광 여기(photoexcitation) 현상이 일어난다. 이때 p-n 접합 계면의 포텐셜 장벽(약 0.6V)의 전위차에 의해 전자는 n형 반도체층(150)으로 이동하고, 정공은 p형 반도체층(140)으로 이동한다. 전면 투명 전극층(130)과 후면 전극층(160)에 도선이 연결되면, 전자는 n형 반도체층(150)으로부터 도선을 따라 외부로 이동하고 도선을 따라 p형 반도체층(140)으로 흐를 수 있다.
하나의 태양전지 단위 셀은 상기 유리기판의 길이 방향(x축 방향)으로 길게 형성되며, 각각의 단위 셀은 유리 기판(120)의 폭 방향(y축 방향)으로 서로 직렬로 연결된다. 즉, 하나의 태양전지 단위 셀에서 전면 투명 전극층에 대해 그 상측에 위치하는 후면 전극층(160)은 인접한 다른 태양전지 단위 셀의 전면 투명 전극층과 연결된다. 따라서 평행하게 형성된 단위 셀들은 서로 직렬로 연결되어 있다.
이상과 같은 구성을 가지는 본 발명에 따른 태양전지 성능 평가 장치에서 태양전지에 빛을 조사하는 광원으로 LED 소자들을 사용하는 경우의 장점에 관하여 보다 상세히 설명한다. 메탈할라이드나 제논 램프와 같은 벌브형 광원을 사용하는 경우, 균일한 방사 조도를 얻기 위해서는 복잡한 광학계를 사용하여야 하고, 대면적화되는 비결정형의 태양전지에 대한 시뮬레이터용 광원으로 제작하기에 어려움이 있다. 설사 벌브형 광원을 사용하여 대면적으로 제작한다고 하여도 에너지 효율 측면을 고려할 때 바람직하지 않고, 수명이 짧아 빈번하게 램프를 교체해줘야 하는 문제가 있다.
대면적으로 제작하지 않고, 본 발명에서와 같이 분할 측정을 위해 적절한 면적을 커버하도록 구성하는 경우에도, 벌브형 관원이 일정 면적에 대해 균일하게 조사되도록 하기 위해서는 에어메스 필터, 기계적 셔터, 확산 판 등을 사용하여야 해서 광원 유닛(350) 자체의 크기가 커져서 이송하면서 측정하기에 부적합하다. 또한 부분 적인 광원을 생성하기 위해 화이버 등을 사용하는 경우 이송에 따른 반복적 움직임에 화이버가 손상되기 쉬우며 화이버에서 나온 빛을 다시 면광원 형태로 만들어 주는 과정에서의 손실이 크며 균일한 방사 조도를 얻기 힘들다.
태양전지 모듈에 대한 성능 평가를 수행하기에 적합한 형태의 광원으로 LED 소자들을 조합한 광원 유닛(350)을 적용하면, 이러한 모든 문제점들을 회피할 수 있다.
대부분의 LED는 특성상 비교적 좁은 파장대의 빛만을 발생시키고, 현재 상용화된 LED 중에서 백색 LED는 가시광선 영역에 걸쳐 비교적 넓은 파장 범위의 빛을 발생시킨다. 이러한 LED의 일반적인 특성을 고려하여 LED 소자들을 조합함으로써 태양광을 모사하는 것이 가능하고, 조합되는 LED 소자들의 파장에 따라 많은 조합이 있을 수 있으며 LED의 배치 또한 사각형 배열 육각형 배열 등 다양하게 존재 할 수 있다.
실제 태양광선을 복수의 LED로 모사하기 위해 태양광선의 파장대별 광량의 목표 수준을 설정한다. 그리고 각 파장 영역을 커버할 수 있는 LED를 선별하여 유효한 전 파장 영역대를 커버할 수 있도록 조합하는데, 조합하는 LED의 개수가 최소가 될 수 있도록 조합하는 것이 바람직하다. 이 결과가 본 발명에 따른 태양전지 성능 평가 장치의 광원 유닛(350)을 구성하는 4개의 LED들의 조합이 된다.
한편, 이상과 같은 구성을 가지는 본 발명의 태양전지 성능 평가 장치는 각 구성요소들의 기능 및 각 구성요소들 간의 위치관계를 고려하여 베이스 프레임(210), 연직 프레임(211), 이송 유닛지지 프레임(212), 패널 구동부 지지 프레임(213), 상부 프레임(214), 구동기지지 프레임(456) 등에 의해 지지되도록 만들어질 수 있다.
이하에서는 본 발명에 따른 태양전지 성능 평가 장치를 사용하는 태양전지 성능 평가 방법을 설명한다.
도 8에는 본 발명에 따른 태양전지 성능 평가 방법을 개략적으로 보여주는 순서도가 도시되어 있다. 본 발명에 따른 태양전지 성능 평가 방법은, 대상 태양전지의 이송, 접촉, 조사 광원 점등, 측정, 접촉 해제, 배출 및 데이터 처리 순으로 이루어진다.
보다 상세히 살펴보면 다음과 같다. 먼저, 태양전지 패널(100)을 구동 롤러(410) 위에 올려놓고 롤러를 구동 시켜 측정 위치까지 이송 시킨다. 측정 위치에 도달하면 위치 결정 센서가 감지하여 구동 롤러(410)를 정지시킨다.
정지된 태양전지 패널(100)에 대해 태양전지 패널(100)의 버스 라인(110)에 프루브 유닛(450)의 프루브(451)들이 접촉하도록 한다. 이때 후면 보호 시트가 부착된 태양전지 패널(100)의 경우에는 정션 박스나 인출된 배선을 통해 측정 유닛과 직접 연결 한다.
그 다음, 측정 하고자 하는 태양전지 표면에서 1000W/m2의 방사 조도가 유지 되도록 광원을 설정한다. 조도의 측정은 레퍼런스 셀을 통해 이루어질 수 있다. 레퍼런스 셀은 태양전지 입장에서의 광량을 정확히 알 수 있도록 한다. 자동화 시스템으로 구현하기 위해서는 레퍼런스 셀을 통해 얻은 광량 데이터를 광원 유닛(350)의 광량 컨트롤러에 제공하여 LED 소자들에서 실제 조사되는 광량을 컨트롤 할 수 있고, 측정 유닛으로 광량 데이터를 전송 하여 전압 및 전류 측정 시의 광량 데이터에 따라 측정된 값을 보정하는 것이 바람직하다.
그 다음, 광원 유닛(350)에서 빛을 조사하지 않는 상태에서 암상태의 IV 커브를 측정한다. 이때 측정되는 암상태의 IV 커브는 태양전지 전면에 대한 것으로, 측정 데이터 보정 시 이용된다.
그 다음, 대상 태양전지 패널(100)의 전체 영역을 소정 개수의 영역으로 분할한다. 분할되는 영역들은 실질적으로 동일한 크기인 것이 바람직하다.
대상 태양전지를 분할하여 각 영역별로 측정을 수행하고 각 영역의 데이터들로부터 전체 영역의 데이터를 산출하기 위해서는 분할하여 측정 할 영역을 먼저 설정해야 한다. 예를 들어, 가로 X 세로 1400mm X 1100mm 크기의 박막형 태양전지 패널(100)에서 단위 셀 길이 방향이 도면의 가로 방향(길이 1400mm)일 경우, 길이 방향으로 다섯 개의 영역으로 나누면 각 영역은 가로 X 세로 280mm X 1100mm 크기의 영역으로 나뉘며, 이와 같은 태양전지를 성능 평가할 때에는 가로 X 세로 280mm X 1100mm 크기의 조사 영역을 가지는 광원으로 5회 측정하여 전체 영역에 대한 성능 평가를 완료할 수 있다.
분할되는 영역의 수는 제작 가능한 광원의 크기(광원의 유효 조사 면적)에 따라 달라질 수 있으나 이때 반드시 단일 셀을 가로지르는 방향(단일 셀의 길이 방향에 직교하는 방향, 즉 도 6에서 분할된 영역들 사이의 경계선이 y축 방향으로 연장된 점선에 해당하는 방향)으로 영역이 분할되는 것이 절대적으로 유리하다. 그 이유는 단일 셀과 평행한 방향으로 영역이 분할 된 경우에는 앞서 설명한 버스 라인(110)을 통해 발생 전력을 측정 할 수 없기 때문이다. 이러한 현상은 광원이 조사 되지 않은 구역의 태양전지 영역에서 광원이 조사된 영역에서 생성된 전류가 대부분 소멸되기 때문인데, 만약 단일 셀과 평행한 방향으로 영역을 분할하고자 할 때에는 조사영역과 비조사 영역의 경계점의 태양전지 패턴에 프루브(451)가 직접 접촉해야 한다. 접촉이 필요한 영역은 후면 전극층(160)(Back Electrode layer)과 전면 투명 전극층(130)(Front TCO layer)인데 이 부분에 프루브(451)가 직접 접촉 하게 되면 박막으로 형성된 전극 패턴을 손상 시킬 우려가 크다. 더욱이, 도 7에 부재번호 170으로 도시된 것과 같이 접촉 가능 영역으로 접근하는 간격은 레이저 패터닝을 통해 형성되는 미세 간극이어서 대단히 좁다. 게다가 조사영역의 위치를 변경 할 때에는 접촉 위치도 변경해야 하는 난점이 있어 현실적으로 너무나 많은 기술적 문제를 발생시킨다.
따라서 본 발명에서와 같이 단위 셀의 길이 방향(도 6, 도 7의 x축 방향)에 교차하는 방향(y축 방향)으로 분할영역들의 경계선이 연장되도록 영역을 분할하면 이러한 여러 가지 문제점들을 회피할 수 있다.
그 다음, 광원 유닛(350)을 측정 대상 분할 영역에 대향하는 위치로 이송하고, 빛을 태양전지 패널(100) 표면에 조사한다.
그 다음, 측정 유닛을 이용하여 분할된 각 영역의 IV 커브를 측정한다. 본 발명에서 IV 커브를 측정한다고 표현하는 것은 측정 유닛으로부터 전류계의 측정값과 전압계의 측정값을 가변 저항을 유한 개(n: 자연수)의 구간으로 변화시켜가면서 n 개의 전류 측정갑과 전압 측정값의 순서쌍을 얻는 것을 의미한다. 이때 태양전지의 온도를 표준 실험 조건인 25℃로 유지하거나 태양전지 온도를 측정하여 측정 결과를 온도에 따라 보정한다. 각 영역 측정 시에 각 분할 영역이 서로 중첩되지 않도록 주의 하여야 하는데, 이는 결국 이송 유닛(300)과 광량 제한 플레이트의 정밀한 제어와 연관된다.
데이터의 샘플 개수가 n개 이고 m개로 분할 측정 한 경우 각 영역의 전압 및 전류값의 데이터는 다음의 표 1과 같이 측정될 수 있다. 이하에서 n과 m은 자연수이다. 각 영역별로 측정된 전압과 전류의 값을 각 영역별로 대비하면 각 영역의 파라미터 편차를 확인 할 수 있을 것이다. 만약 IV 커브가 다른 영역의 커브에 비해 크게 다르다면 해당 영역에 결함이 있음을 확인 할 수 있다.
[표 1]
Figure 112011024045595-pat00003

위의 표 1에서 1부터 n은 측정 유닛을 통해 각 영역당 n개의 데이터를 측정한 경우 IV 커브를 이루는 첫 번째 좌표부터 n번째 좌표까지를 인덱싱하는 기호이다.
측정이 완료되면, 각 영역의 측정값을 기초로 전체 영역의 성능값을 계산하여 IV 커브를 도출한다. 위의 표 1과 같은 형태로 얻은 측정 데이터들 중 전류 데이터는 다음의 수학식 1을 이용하여 보정된 데이터로 변환하고, 전압 데이터는 아래의 수학식 2를 사용하여 보정된 데이터로 변환한다.
[수학식 1]
Figure 112011024045595-pat00004

여기서,
Figure 112011024045595-pat00005
은 태양 전지 전체의 전류 이며 ,
Figure 112011024045595-pat00006
는 광원에 LED 빛을 조사 하지 않은 상태에서의 전류 이다. Imn은 m번째 분할 영역에 대해 n번째 측정된 전류 값을 의미 한다. 즉 태양 전지 전체의 전류 측정의 n 번째 값은 각 영역의 n번째 값들의 합에서, LED 광원을 조사하지 않은 상태에서 측정한 n번째 전류 값에 (분할한 횟수 - 1)을 곱한 값을 뺀 것과 같다.
[수학식 2]
Figure 112011024045595-pat00007

여기서 , Vmn은 m 번째 영역의 n 번째 전압 측정값을 의미하는 것으로, 매 측정 시 전압의 Sweep 속도와 간격이 일정 하므로
Figure 112011024045595-pat00008
및
Figure 112011024045595-pat00009
으로 표현되는 태양전지 전체의 전압 측정의 n 번째 값과 항상 대응된다. 설사
Figure 112011024045595-pat00010
및
Figure 112011024045595-pat00011
의 값에 미세한 차이가 있더라도 각 영역의 값을 평균하면 실질적으로 동일한 결과를 얻을 수 있다.
위의 보정식을 통해 좌표값이 (
Figure 112011024045595-pat00012
,
Figure 112011024045595-pat00013
)의 순서쌍으로 표현되는 IV 커브를 얻을 수 있는데 실험결과 태양 전지 전면에 LED 광원을 조사 한 후 측정한 IV 커브와 일치 한다.
도 9에는 본 발명의 방법을 적용하여 A~E 의 5개의 영역으로 나누어 측정한 경우와, A~E의 전체 영역을 한번에 측정한 경우에 결과적으로 그 결과가 일치하게 되는 것을 보여주는 그래프가 도시되어 있다. 도 9에서 세로축은 전류, 가로축은 전류이다. IV 커브에서는 앞서 언급한 것과 같이 각종 태양전지 특성 파라미터를 구할 수 있다.
이하에서는 본 발명에서 대면적의 태양전지 패널(100)을 영역별로 분할하여 측정하는 방식을 채택하는 경우의 장점을 보다 상세히 설명한다.
LED 소자들을 이용하는 경우에는 대면적의 박막형 태양전지의 면적에 대응하여 광원을 대면적으로 제작하는 것이 가능할 것으로 예상되지만, 실제 대면적의 기판에 다수의 LED를 배치하여 대면적의 광원을 제작하는 경우에는 LED 어레이를 직병렬로 구조화 시켜 컨트롤러를 통해 제어 하게 되는데 이때 직렬 LED의 개수가 늘어나게 되면 LED 자체 저항 및 PCB 기판의 저항에 의한 직렬 도선의 시작부와 종단부의 전압차이가 크게 발생 하게 된다. 이러한 전압 차이는 LED 광원의 광량과 직접적으로 연관 되는 부분이기 때문에 실제로는 직렬 배열을 크게 늘릴 수 없게 된다. 때문에 LED 광원의 길이가 제한되고 대면적으로 LED 광원을 제작하는 것은 실제 적용에 한계를 가지게 된다.
위와 같은 기술적 난점들을 해결하기 위하여 LED 광원을 이용한 태양전지 분할 측정 평가 방법이 필요하다. LED를 이용한 태양전지 성능 평가 장치 광원은 박형으로 제작 할 수 있으며 별도의 광학계가 필요 없으므로 이송 시 광학계의 틀어짐 또는 광 화이버를 사용하는 경우에 발생할 수 있는 광 화이버의 내구성 문제 등을 피할 수 있다. 또한 LED 광원을 대면적화할 때 발생할 수 있는 방사조도 불균일성 문제는 분할 측정 방식을 통해서 광원의 길이를 제한함으로서 해결 할 수 있다. 또한, 본 발명에서와 같이 분할 영역 조사용으로 LED 광원 유닛(350)을 제작하는 경우에는, 전체 장치의 부피가 작아져서 기 설치된 태양전지 생산 설비에 추가가 용이하다.
한편, 분할 측정을 하는 경우에는 전체 영역을 1회의 조사로 측정하는 경우에는 얻을 수 없는 효과로써, 태양전지 패널(100)의 부분적인 이상 여부를 확인 할 수 있게 되어 공정상의 오류 또한 검출이 가능하게 된다.
지금까지 본 발명을 설명함에 있어, 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명하였으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.
11a: 백색 LED 11b: 제1적외선 LED
11c: 제2적외선 LED 11d: 제3적외선 LED
12: 회로 기판 15: 단위 LED 모듈
100: 박막형 태양전지 패널 110: 버스 라인
120: 유리 기판 130: 전면 투명 전극층
140: p형 반도체층 150: n형 반도체층
160: 후면 전극층 210: 베이스 프레임
211: 연직 프레임 212: 이송 유닛 지지 프레임
213: 패널 구동부 프레임 214: 상부 프레임
300: 이송 유닛 310: LED 소자
320: 광원 제한 플레이트 350: 광원 유닛
370: 모터 390: 볼스크류
410: 구동 롤러 420: 측면 롤러
450: 프루브 유닛 451: 프루브
452: 브래킷 455: 구동기
456: 구동기 지지 프레임 700: 측정 유닛
710: 일렉트릭 로드 720: 부스트 서플라이

Claims (7)

  1. 평면 형상이 직사각형 형상이고, 일방향으로 평행하게 형성된 복수의 단위 셀이 형성되어 있고, 각각의 단위 셀들은 서로 직렬로 연결되어 있으며, 최외곽에 위치하는 단위 셀에 전기적으로 연결되도록 직사각형의 평면 형상의 외곽 단부에 각각 형성된 두 개의 버스 라인을 구비하는 대면적의 박막형 태양전지 패널(100)의 성능 평가를 수행하는 태양전지 성능 평가 장치로써,
    박막형 태양전지 패널(100)을 장치 내로 진입시키는 것으로, 박막형 태양전지 패널(100)의 진행방향 양 단부를 하측에서 지지하는 구동 롤러(410)와, 태양전지 패널(100)의 양단부에 측면에서 접촉하는 측면 롤러(420)를 구비하는 패널 구동부(400);
    상기 박막형 태양전지 패널(100)에 빛을 조사하는 것으로, 장치내로 진입된 박막형 태양전지 패널(100)에 대향하는 위치에 배치되고, 상기 박막형 태양전지 패널(100)에 평행하게 이송 가능하며, 파장 400nm 내지 700nm의 빛을 발생시키는 백색 LED 소자와, 파장 700nm 내지 800nm 영역의 빛을 발생시키는 제1적외선 LED 소자와, 파장 800nm 내지 900nm 영역의 빛을 발생시키는 제2적외선 LED 소자와, 파장 900nm 내지 1100nm 영역의 빛을 발생시키는 제3적외선 LED 소자를 각각 복수 개 구비하고, 상기 태양전지 패널에서 각각의 단위 셀들이 연장된 길이 방향에 직교하는 방향의 태양전지 패널의 폭에 대응하는 폭을 가지는 광원 유닛(350);
    상기 광원 유닛(350)에서 상기 박막형 태양전지 패널(100)에 조사하는 빛을 상기 박막형 태양전지 패널(100) 상의 원하는 영역으로 제한하는 광원 제한 플레이트(320);
    상기 광원 유닛(350)의 상기 박막형 태양전지 패널(100)의 단위 셀의 길이 방향과 평행한 방향으로의 평행 이송을 가능하게 하는 이송 유닛(300);
    상기 박막형 태양전지 패널(100)이 장치 내에 진입된 상태에서 상기 박막형 태양전지 패널(100)의 버스 라인(110)에 접촉하는 복수 개의 프루브(451)를 구비하고, 상기 프루브(451)들의 상기 박막형 태양전지 패널(100)에 대향하는 방향으로 이동을 조절하여 상기 프루브(451)들과 상기 버스 라인(110)의 접촉 상태 또는 비접촉 상태에 놓이도록 하는 구동기(455)를 구비하는 프루브 유닛(450); 및
    상기 박막형 태양전지 패널(100)에서 상기 광원 유닛(350)의 빛을 받아 발생되는 전기 에너지의 전류와 전압을 측정하는 측정 유닛을 포함하고,
    상기 태양전지 패널을 그 단위 셀의 길이 방향을 따라 복수 개의 동일한 크기의 영역으로 분할하고, 상기 광원 유닛을 이송하여 각각의 분할 된 영역별로 전류와 전압을 측정하도록 하는 태양전지 성능 평가 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 네 가지의 LED 소자가 발생시키는 전체 광량 중 각각의 LED에 의한 광량의 비율은 오차범위 ±25%이내에서 다음의 광량 목표값 비율을 만족시키는 태양전지 성능 평가 장치.
    [광량 목표값 비율]
    상기 백색 LED는,
    파장 400nm 내지 500nm의 가시광선이 전체 광량 대비 18.5%,
    파장 500nm 내지 600nm의 가시광선이 전체 광량 대비 20.1% 그리고
    파장 600nm 내지 700nm의 가시광선이 전체 광량 대비 18.3%,
    상기 제1적외선 LED는, 파장 700nm 내지 800nm의 적외선이 전체 광량 대비 14.8%,
    상기 제2적외선 LED는, 파장 800nm 내지 900nm의 적외선이 전체 광량 대비 12.2%,
    상기 제3적외선 LED는, 파장 900nm 내지 1100nm의 적외선이 전체 광량 대비 16.1%
  3. 제1항에 있어서,
    상기 측정 유닛은
    상기 태양전지 패널(100)과 직렬로 연결되어 측정 시 직류 전류를 태양전지 패널에 인가하는 부스트 서플라이와,
    상기 태양전지 패널과 연결되는 전류계, 전압계 및 가변저항을 구비하는 일렉트릭 로드를 포함하는 것을 특징으로 하는 태양전지 성능 평가 장치.
  4. 박막형 태양전지 패널(100)을 장치 내로 진입시키는 것으로, 박막형 태양전지 패널(100)의 진행방향 양 단부를 하측에서 지지하는 구동 롤러(410)와, 태양전지 패널(100)의 양단부에 측면에서 접촉하는 측면 롤러(420)를 구비하는 패널 구동부(400);
    상기 박막형 태양전지 패널(100)에 빛을 조사하는 것으로, 장치내로 진입된 박막형 태양전지 패널(100)에 대향하는 위치에 배치되고, 상기 박막형 태양전지 패널(100)에 평행하게 이송 가능하며, LED 소자를 복수 개 구비하고, 상기 태양전지 패널에서 각각의 단위 셀들이 연장된 길이 방향에 직교하는 방향의 태양전지 패널의 폭에 대응하는 폭을 가지는 광원 유닛(350);
    상기 광원 유닛(350)의 상기 박막형 태양전지 패널(100)의 단위 셀의 길이 방향과 평행한 방향으로의 평행 이송을 가능하게 하는 이송 유닛(300);
    상기 박막형 태양전지 패널(100)이 장치 내에 진입된 상태에서 상기 박막형 태양전지 패널(100)의 버스 라인(110)에 접촉하는 복수 개의 프루브(451)를 구비하고, 상기 프루브(451)들의 상기 박막형 태양전지 패널(100)에 대향하는 방향으로 이동을 조절하여 상기 프루브(451)들과 상기 버스 라인(110)의 접촉 상태 또는 비접촉 상태에 놓이도록 하는 구동기(455)를 구비하는 프루브 유닛(450); 및
    상기 박막형 태양전지 패널(100)에서 상기 광원 유닛(350)의 빛을 받아 발생되는 전기 에너지의 전류와 전압을 측정하는 측정 유닛을 포함하고,
    상기 태양전지 패널을 그 단위 셀의 길이 방향을 따라 복수 개의 동일한 크기의 영역으로 분할하고, 상기 광원 유닛을 이송하여 각각의 분할 된 영역별로 전류와 전압을 측정하도록 하는 태양전지 성능 평가 장치를 이용한 태양전지 성능 평가 방법으로써,
    상기 패널 구동부를 사용하여 박막형 태양전지 패널(100)을 태양전지 성능 평가 장치에 투입하는 단계;
    상기 태양전지 패널을 그 단위 셀의 길이 방향을 따라 m개의 동일한 크기의 영역으로 분할하는 단계(여기서 m은 자연수);
    상기 태양전지 패널(100) 전 영역에 대해 빛을 조사하지 않는 상태(암 상태)에서의 태양전지 패널(100)의 IV 커브를 측정하는 단계;
    분할된 영역 중 하나의 영역에 대향하도록 광원 유닛(350)을 이동하는 이동 단계;
    광원 유닛(350)에서 분할된 영역에만 빛을 조사하면서 측정 유닛으로 분할된 영역에서 발생하는 전류와 전압을 측정하는 측정 단계;
    분할된 영역들을 모두 측정하였는지 확인하여 분할된 영역 모두에 대해 측정이 이루어지도록 상기 이동 단계와 상기 측정 단계를 반복하는 단계; 및
    분할된 영역 전체에 대한 측정이 완료되면, 측정된 데이터들을 취합하여 태양전지 패널(100) 전체 영역의 전류와 전압 데이터를 산출하는 데이터 처리 단계를 포함하는 태양전지 성능 평가 방법.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 측정 유닛은
    상기 태양전지 패널(100)과 직렬로 연결되어 측정 시 직류 전류를 태양전지 패널에 인가하는 부스트 서플라이와,
    상기 태양전지 패널과 연결되는 전류계, 전압계 및 가변저항을 구비하는 일렉트릭 로드를 포함하고,
    상기 측정 단계는,
    측정 유닛에 포함된 가변 저항을 유한 개(n)의 구간으로 나누어 변화시키면서 전류와 전압을 측정하는 것임을 특징으로 하는 태양전지 성능 평가 방법.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 데이터 처리 단계는,
    각 영역별로 측정된 전류값들을 다음의 수학식 1에 의해 변환하고,
    [수학식 1]
    Figure 112011090631544-pat00014

    (여기서,
    Figure 112011090631544-pat00025
    은 태양 전지 전체의 전류 이고,
    Figure 112011090631544-pat00026
    는 광원에서 빛을 조사 하지 않은 상태에서의 전류 이며, Imn은 m번째 분할 영역에 대해 n번째 측정된 전류 값을 의미한다.)
    각 영역별로 측정된 전압 값들을 다음의 수학식 2에 의해 변환하며,
    [수학식 2]
    Figure 112011090631544-pat00015

    (여기서, Vtotal n은 태양 전지 전체의 전압이고, Vmn은 m 번째 영역의 n 번째 전압 측정값을 의미한다.)
    변환된 각 영역별 전류 데이터들을 평균하여 전체 영역에 대한 부스트 전압에 따른 전류값 데이터들을 얻고,
    변환된 각 영역별 전압 데이터들을 평균하여 전체 영역에 대한 부스트 전압에 따른 전압값 데이터들을 얻는 것임을 특징으로 하는 태양전지 성능 평가 방법.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 데이터 처리 단계의 결과로 얻어진 전체 영역에 대한 전류값 데이터들과 전압값 데이터들을 이용하여 IV 커브를 얻고, 이로부터 Voc, Pmax, Vpmax, Ipmax, FF를 포함한 특성 파라미터를 구하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 태양전지 성능 평가 방법.
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